航母舰载机新型电磁起降跑道和气垫无形助推跑道的制作方法
【专利摘要】航母舰载机新型电磁起降跑道和气垫无形助推跑道，是在一个整体构思下完成的。它既不同于“电磁弹射器”更不同于“蒸汽弹射器”。电磁起降跑道，是采用电路控制的方法，使舰载机的起降跑道能在瞬间产生强大的吸附力或排斥力，因而能使舰载机起飞时在瞬间失去自身的重力而轻松滑行起飞，或降落时一旦接触跑道就紧紧与跑道吸附在一起而快速停下。不需要拦阻索和其它辅助装置。既可用于舰载机的起飞又可用于舰载机的降落。在舰载机起飞冲出电磁跑道离舰的同时，气垫无形助推跑道可随即托举并接力助推舰载机脱离航母后继续飞行60米或更远。而这60米是一个看不见的无形跑道，它不仅能与电磁跑道配合使用，也可用在任何一艘航母上与电磁弹射器或与正在使用的蒸汽弹射器配合使用；它更适合舰载无人机的起降之用。
【专利说明】航母舰载机新型电磁起降跑道和气垫无形助推跑道
[0001]一、当今航母舰载机的起飞与降落有哪几种？
[0002]目前，全世界航母舰载机的起飞与降落，所采用的无非是蒸汽弹射起飞与滑跃式起飞以及阻拦索降落。但在实际使用中，却十分复杂且价格昂贵，其维修保养的费用也非常之高。即使这样，它从1950年诞生到现在，也没有更好的方法替代它。此前，美国卖给法国一个蒸汽弹射器，两千多万美金。弹射器的维护成本是很高的，使用时需要120多人的协同工作，在美国的10万吨级航空母舰上，仅仅使用和维护蒸汽弹射器就需要500多人，阻拦装置和升降机的使用和维护人员也不在少数。这一切都说明，它是一个应被淘汰的玩意。航空母舰的作战能力来源于它上面的舰载机。随着科学技术的发展，现代作战飞机配备的设备与武器日益增多，虽然它们有效的提高了飞机的作战能力，但是也让飞机的体积和重量随之加大。飞机需要更大速度才能达到起飞时所要的升力，要加速到这个速度就会需要更长的跑道。对于航空母舰来说，更长的跑道就意味着更大的舰体和吨位。现实中，为了舰载机的起飞而不断增加航母的长度是不现实的。而舰载机的起降又是航母最棘手的问题，在航母诞生的100年时间，仅舰载机的起降，就已损失1.2万架，飞行员80多名。其事故80%又多在舰载机降落时发生，由此看来，舰载机的起降是当今航母发展的重中之重。也是它的瓶颈和软肋。
[0003]二、蒸汽弹射起飞与滑跃式起飞以及阻拦索降落还能适应未来战争的需要吗？
[0004]进入上世纪70年代，随着舰载作战飞机的重量和起飞速度不断提高，而蒸汽弹射器的能力已经提高到极限，所以美国海军开始寻找新一代弹射器。随着电力技术的进步，EMALS又被重新重视起来。1998年美国海军建造了一个小比例的EMALS，EMALS是飞机电磁弹射系统的英文缩写，并进行模型的模拟弹射。2003年美国海军正式宣布CVN-21计划，其中最令人注目的就是将采用EMALS作为飞机的弹射器。
[0005]EMALS的技术原理是，直线电机的动子滑块在电磁力作用下，通过拖钩拖动飞机，使其达到起飞速度。主要包括储能系统、电力电子系统、线电机、控制系统，另外还要有冷却系统、预加动装置、减速缓冲与刹车装置等。
[0006]新一代核动力航母“杰拉尔德.福特”号是否能够在2015年如期服役，按照原计划，EMALS是专门为“福特”级航母设计的舰载机弹射起飞装置，而未来所有的“福特”级航母都将使用它。
[0007]我国工程院院士马伟明设计的电磁弹射系统，大推力长程直线感应电动机，电磁弹射器的心脏就是100米多米长的直线感应电动机，已在2008年岁末，包括7名院士在内的80多位知名专家学者在海军工程大学，共同举办了科技成果鉴定会。(见图3、)它的诞生，说明我国已在这一领域步入世界先进行列。当然，它能否用于实战，并装配航母还有很长的路要走。当今世界日新月异，也有可能这项科技成果在装配航母前，就有可能被其它更先进的技术方案所取代或兼容都有可能。现在已有人在网上发表《中国18万吨核动力超级航母呼之欲出》一文中认为:“电磁弹射系统，美国已搞了这么多年，都没有实现(见图2、)，我国在这方面的技术并不比美国领先”；更有人认为:“彻底抛开弹射器，绕开瓶颈，符合国情”。意事是，只要我们能造出18万吨级航母就行，
[0008]本人通过多年的思考分析和研究，认为电磁弹射与蒸汽弹射，它们最终的结果是一样的即弹射，而电磁弹射器的心脏是一根约100多米长的开口空心管，此管的制造加工的难度非常之高，其最后的结果是否能达到预想的比蒸汽弹射器具有更大的助推力还是一个未知数(见图1、)。又因为这整个100米长的弹射装置只能用于舰载机的起飞，对舰载机的降落毫无用处，这本身就是一个不完美的设计方案。
[0009]我的最新方案，同样用电磁的原理，不用弹射，也不需要那100米长的开口空心管，而把这100米长的甲板跑道改变成可控变的电磁跑道，无需大推力长程直线感应电动机，不用拖钩，同时在航母舰头甲板下增加风道气垫助推60米，就同时解决了舰载机的起飞与降落的两大难题，又同时解决了舰载无人机的起飞与降落等所有问题。
[0010]三、新型电磁起降跑道和气垫无形助推跑道的原理、安装、具体的实施方式
[0011]1.新型电磁起降跑道
[0012]新型电磁起降跑道的磁性有无由电流的有无来控制，它的磁性强弱由电流的大小或线圈的匝数多少来控制，它的南、北极性由电流的方向来控制。即采用电路控制的方法，改变其电流的方向，使这100米跑道，能在几十秒内可对在其跑道上的物体产生强大的吸引力或排斥力。就好比我们手里拿两块永磁磁铁，如果这两块磁铁面与面的磁场是异性的，它们就会紧紧地互相吸附在一起；在现实中，起重电磁铁正是利用了这一原理，通电的线圈产生磁场，从而产生磁力，所以可以用来吸附铁制品。由于线圈越密集，产生的磁场就越强，这种电磁铁上的磁能要比永磁能大很多倍，它能吸起比它重20倍的铁块，而当电源切断，U型铁棒就什么铁块也吸不住，重新成为一根普通的铁棒。如果磁铁面与面的磁场是同性的，它们就会互相排斥对方，即所谓的“同性相斥，异性相吸”。由此，这种相吸与相斥的原理就解决了舰载机起飞时的地心吸力即重力和降落时的惯性冲力。
[0013]具体实施方案:当舰载机起飞时，控制电路使100米起飞跑道与在上面起飞的舰载机互为排斥状态，这样，舰载机就如同瞬间失去地心的吸力，自体的重量就会立刻减轻，轻松滑行起飞或滑跃飞起。这和电磁弹射器的直线感应电机完全不同，所为直线电机，就是电机以直线运动的方式，通过挂钩，拖动舰载机向前直线运动。但要注意的是，新型电磁跑道，在舰载机的飞行动力没有达到最大时，舰载机起降轮的前方应有阻拦桩和尾部的挂钩，即起飞前的暂时阻拦装置和其它弹射器弹射起飞一样，待到舰载机的起飞动力达到最大时即刻去除阻拦桩和尾部的挂钩。这时舰载机就像离弦的箭一样，轻松而快速冲出电磁跑道。
[0014]2.气垫无形助推跑道
[0015]在舰载机起飞冲出电磁跑道离舰的同时，航母舰头前部的甲板下加装三台或若干台大功力的鼓风机及相应的聚风管道(就如同做实验用的风道一样，见图4图5)，这三股强大的风道像气垫一样，在舰载机的下方，托举并接力助推舰载机脱离航母后继续飞行60米或更远(助推的距离有鼓风机的功力大小决定)。而这60米是一个看不见的无形跑道。这60米的无形跑道，是这一方案的第二个核心部分。它不仅能与电磁跑道配合使用，也可用在任何一艘航母上与电磁弹射器或与正在使用的蒸汽弹射器配合使用；其聚风管道的出风口要向上抬起成一定的角度(约10°左右见图4，具体多大角度最佳要通过试验检测决定)，是这一技术的关键点。这就无形中增加了舰载机起飞跑道的长度而不需要增加航母的长度，同时也就等于增加了舰载机的现有载重量，这些问题一旦解决，我国的所有战机都可上舰投入实战。
[0016]另外这种风道也可用于舰载机降落时的反推阻力之用。所谓反推阻力，就是在舰载机降落时终点的前方，也可放在舰载机降落路径的两边；把原先用于舰载机起飞的助推气道，通过另一聚风管道的分控，改变路径，把出风口对准降落的舰载机，以阻止舰载机降落时的惯性冲行，这样就可安全快速地迫使舰载机在短距离内迅速停下来(这些出风口应是隐藏的，平时隐藏在甲板下，用时才抬起并打开出风口。)。
[0017]而要能使舰载机在电磁跑道上产生具有高能磁性与之发生相吸与相斥的功能，就必须改变舰载机起降轮的结构、形状、和质地。两个相吸与相斥的带磁体必须要有一定的接触面，而圆形的起降轮与起降跑道的接触面最小，在电磁跑道上使用其效果不佳。由于舰载机的种类不同，可根据电磁跑道的需要，更改舰载机的起降轮。
[0018]3、三角形履带式起降轮
[0019]如把履带板的高锰钢换成含高磁磁粉的橡胶板或含高磁磁粉的Croslite封闭式细胞树脂等其它高强轻质胶体材料最好。因为，这样它不但能产生吸力，更具有缓冲，耐磨，重量轻的优点。它不仅适合在电磁跑道上起飞，更适合在电磁跑道上降落，因为，舰载机在降落时，往往会出现弹跳而改变方向，其结果难以预料；磁性履带式起降轮，一旦与电磁跑道接触，双方就会立刻吸附在一起，由于轮面是平的，不容易改变方向。更因为有强大的电磁吸附力，也不需要拦阻索，更不怕海上的大风大浪以及船体的上下左右摇晃，100米内足够平稳停住，甚至根本就不需要100米。如果舰载机的起降轮设计的合理，其在60米内就可完全停下来。
[0020]4、电磁式三角履带起降轮
[0021]这种起降轮主要是用在大型或重型舰载机上，目的主要是加大起降轮与电磁跑道之间的的吸引力和排斥力，它只要通过舰载机上的蓄电池就能工作。即每块履带板上都有绕组线圈，绕组线圈的多少即匝数的多少可根据需要而定。这些带有线圈绕组的履带板一旦有蓄电池通上电，个个都能与电磁跑道产生强大的吸引力或排斥力。舰载机的电磁起降轮不需要通过电路的控制来改变其磁性。只需电磁起降跑道一方控变就行。以上两点是这一方案的第三个核心部分。
[0022]设计建造电磁跑道并不难，它就等于是一个放大加长版的起重电磁铁，它是由U形铁棒和漆包线绕组线圈组成。只不过它要求，除了能产生吸力以外，还要通过电路的控制使其能够产生排斥力，这是它与起重电磁铁的不同之处。而设计建造U形铁，要首先参考舰载机三个起降轮的宽度，而航母上的舰载机机型很多，必须充分全盘考虑。
[0023]为了使舰载机充分适合新型电磁起降跑道，舰载机必需把机体相关铁质部分连接联通起来，一直连通到履带板，以保证舰载机与电磁跑道之间有最大的吸力和排斥效能(电磁式三角履带起降轮无需连接)。这是因为，电磁跑道只对铁质产生效能，举个例子:“我们手里拿一个永磁磁铁，只要把一根针尖吸附在磁铁上，这根针尖的另一头还能吸附好几根同样的针”；而永磁磁铁远不如电磁铁的效能高。电磁铁能吸附超过自身重量20倍的铁体。所以只要做好了相关的事项，这一目标一定能如愿实现。历史的经验告诉我们，最简单的方案，往往是最有效的方案，这就叫金点子。就像我先前发明的“船舶破损补漏器”中的‘补漏器’ 一样，我采用逆向思维，把“堵漏”改为“补漏”，仅一字之差，把原来航母遭袭的破口 3个小时都不一定补好，缩短为3分钟完全补好，就是这个道理。
[0024]5、电磁起降跑道舰载无人机的首选
[0025]这种电磁起降跑道的磁性强弱由电流的大小或线圈的匝数多少来控制，最适合舰载无人机的起降之用，因为，舰载无人机机体较轻，用电磁控制的跑道，对于机体较轻的舰载机无疑是最优先的选择。这是这一方案的第四个核心部分。这样，一个新型电磁起降跑道，既能解决各种舰载机的起飞又能解决各种舰载机的降落，一道多用，它是目前最完美的解决方案。
[0026]四、新型电磁起降跑道和气垫无形助推跑道的优点:
[0027]这种新型电磁起降跑道，可参照现有电磁起重技术，加以技术改进与优化就可实现，由于不再需要蒸汽弹射器，电磁弹射器，阻拦索装置等专有操作与维护人员这类特殊人才，大大减少了这一成本的开支。也就是说一个有效的方案，可同时解决所有的难题。低成本，低维护，使用简便，操作简单。
[0028]建造容易成本低它比建造一台电磁弹射器要容易得多，不用长程直线感应电动机，无需更多辅助设施，如:储能系统、冷却系统、预加动装置、减速缓冲、刹车装置、阻拦索等，无损耗，寿命长，维护简单，费用低。
[0029]它既能用于舰载机的起飞又能用于舰载机的降落，而且用于舰载机的降落更好。过去舰载机的事故80%是发生在舰载机降落的时候，因为舰载机在降落时容易发生弹跳而改变方向，其结果难以预料。磁性履带式起降轮，一旦与电磁跑道接触，双方就会立刻吸附在一起，由于轮面是平的，不容易改变方向。更因为有强大的电磁吸附力，也就不会出现弹跳的可能，也不需要拦阻索，更不怕海上的大风大浪以及船体的上下左右摇晃，这样甲板跑道的使用效能就有了大幅提高。起飞简便安全，降落更简便安全。无需大量协同人员参与，经济效益安全系数不言而喻。
[0030]气垫无形助推跑道可装配于任何一艘航空母舰，以提高现有甲板跑道的长度，而无需增加航母甲板的长度，经济方便适用。
[0031]电磁起降跑道更适合舰载无人机的起降，一道多用，堪称是目前最完美的解决方案，所有问题一道解决。这一发明的技术前景，经济前景以及市场前景是巨大的。它彻底改变了所有航母舰载机的起飞与降落问题，打破了航母发展的瓶颈，而且更安全、更简便、更经济、更实用。
说明书
【专利附图】
【附图说明】
图1是现有技术，电磁弹射器的开口空心管。它们是由多根开口空心管相接而成，生产技术要求高，工艺复杂。
图2是现有技术，美国电磁弹射器直线感应电动机的安装现场，工程师们正在逐段安装调试。从现场一角便可看出其工程庞大而复杂。
图3是现有技术，我国电磁弹射器的试验现场，从表面看我国的电磁弹射器现场状况与美国的电磁弹射器现场没有什么区别，风应该是基本相同。
图4是本人新发明的，航母新型电磁起降跑道和气垫无形助推跑道的剖面示意图图4中的I是新型电磁起降跑道图4中的2是大功力鼓风机图风4中的3是聚风管道图4中的4是航母舰头图4中的5是聚风管道出风口图4中的6是航母舰载机图4中的7是气垫无形助推跑道
图5是航母舰头聚风管道出风口正面示意图
图5中的A是安装在航母舰头的聚风管道的三个出风口。正是这三个聚风管道喷出的高压气流托举刚离舰的舰载机并接力助推舰载机继续飞行60米或更远。新型电磁跑道与气垫无形助推跑道的完美结合，能使大型的远程轰炸机毫无障碍的飞上蓝天已不是梦想。
【权利要求】
1.航母舰载机新型电磁起降跑道和气垫无形助推跑道，是在一个整体构思下完成的，它不同于目前世界上正在研发的“电磁弹射器”更不同于正在使用的“蒸汽弹射器”。
2.航母舰载机新型电磁起降跑道，是采用电路控制的方法，使舰载机的起降跑道产生强大的吸附力或排斥力，因而能使舰载机起飞时在瞬间失去自身的重力而轻松滑行起飞或降落时一旦接触跑道就紧紧与跑道吸附在一起而快速停下。
3.航母舰载机新型电磁起降跑道的磁性有无由电流的有无来控制，它的磁性强弱由电流的大小或线圈的匝数多少来控制，它的南、北极性由电流的方向来控制。
4.航母舰载机三角形履带式起降轮的履带板有4种:A.含高磁磁粉的橡胶履带板、B.含高磁磁粉的Croslite封闭式细胞树脂履带板、C.含高磁磁粉的娃胶履带板、D.含高磁磁粉的工程塑料履带板。这种三角形履带式起降轮是专门为了适合电磁跑道的特点而设计的。
5.航母舰载机电磁式三角形履带式起降轮的履带板有4种:A.含高磁磁粉的橡胶履带板、B.含高磁磁粉的Croslite封闭式细胞树脂履带板、C.含高磁磁粉的娃胶履带板、D.含高磁磁粉的工程塑料履带板。这种电磁式三角形履带式起降轮是为了适合电磁起降跑道的特点专门为大型或重型舰载机而设计的，电磁式三角形履带式起降轮由舰载机自带的蓄电池供电。
6.航母舰载机必需把机体相关铁质部分连接联通起来，一直连通到履带板，以保证舰载机与电磁起降跑道之间有最大的吸力和排斥效能。
7.航母舰载机气垫无形助推跑道，其聚风管道的多少长短要根据实际需要而定，聚风管道的管口要向上抬起成一定的角度，是这一技术的关键点，具体多大角度，要在试验检测中获得正确数据。
8.这种无形气垫助推跑道可用于任何一艘航母，即可加装在任何一艘航母上以增加现有航母起降跑道的长度，以配合电磁弹射器或与正在使用的蒸汽弹射器配合使用。
9.航母舰载机气垫无形助推跑道的聚风管道即风道也可用于舰载机降落时的反推阻力之用，就是在舰载机降落终点的前方，也可放在舰载机降落路径的两边，把原先用于舰载机起飞的助推气道，通过另一聚风管道的分控，改变路径，把出风口对准降落的舰载机，以阻止舰载机降落时的惯性冲行，这样就可安全快速地迫使舰载机在短距离内迅速停下来，这些出风口应是隐藏的，平时隐藏在甲板下，用时才抬起并打开出风口。
10.航母舰载机新型电磁起降跑道，同时更适合舰载无人机的使用。
【文档编号】B64F1/04GK104290916SQ201310307398
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年7月15日 优先权日:2013年7月15日
【发明者】吴咸宝 申请人:吴咸宝